Широкое поле флуоресцентной микроскопии и флуоресцентной проточной цитометрии изображений на сотовый телефон
Summary
Мы рассматриваем наши последние результаты по интеграции флуоресцентной микроскопии и обработки изображений инструментов проточной цитометрии на мобильный телефон с помощью компактной и экономически эффективных оптико-жидкостный вложений. Эти сотовый телефон основе анализа микро-устройства могут быть полезны для цитометрии, таких как выполнение различных задач подсчета клеток, а также для высокопроизводительного скрининга, например, пробы воды в условиях ограниченных ресурсов.
Abstract
Флуоресцентная микроскопия и проточной цитометрии широко используемые инструменты в биомедицинских исследованиях и клинической диагностики. Однако эти устройства в целом относительно громоздкие и дорогостоящие, что делает их менее эффективными в условиях ограниченных ресурсов. Для потенциально преодолеть эти ограничения, мы недавно продемонстрирована интеграция широкого поля флуоресцентной микроскопии и обработки изображений инструментов проточной цитометрии на сотовые телефоны с использованием компактного, легкого и экономически эффективных оптико-жидкостный вложений. В нашей конструкции проточной цитометрии, флуоресцентно меченые клетки промыть микрофлюидных канала, который расположен над существующими сотовый телефон камеры. С питанием от батареи светоизлучающих диодов (СИД) являются стыковых связан с этой стороны микрофлюидный чип, который эффективно действует как многомодовый волновод плите, где возбуждающего света направляется к равномерно возбуждения флуоресцентного целей. В сотовом телефоне камера записывает фильм промежуток времени флуоресцентных клеток, протекающего черезмикрофлюидных канала, где цифровые рамки этого фильма обрабатываются для подсчета количества меченых клеток в рамках целевой решение интереса. Используя аналогичный оптико-жидкостный дизайн, мы можем также изображения этих флуоресцентно меченых клеток в статическом режиме, например, сэндвич флуоресцентные частицы между двумя предметные стекла и захватив их флуоресцентные изображения с помощью мобильного телефона камеры, которая может достичь пространственного разрешения, например ~ 10 мкм на очень большой поля-зрения ~ 81 мм 2. Этот сотовый телефон основе флуоресцентной проточной цитометрии изображений и микроскопии платформа может быть полезно, особенно в условиях ограниченных ресурсов, например, для подсчета CD4 + Т-клетки к мониторингу ВИЧ + пациентов или для обнаружения водного паразитов в питьевой воде.
Introduction
Микроскопии и проточной цитометрии широко используются методы 1-12 в биомедицинских и научных исследований, а также клинический диагноз для подсчета и характеристика различных типов клеток. Однако, обычные микроскопы и проточной цитометрии инструменты являются относительно сложными и дорогостоящими, что ограничивает их использование в основном устоявшихся центральной лаборатории. Недавно мы разработали компактный и легкий флуоресцентные цитометрии изображений и микроскопии устройства интегрированы на сотовый телефон, 13,14, который показывает обещание экономически эффективно переводить флуоресцентной микроскопии, проточной цитометрии и связанные с ними микро-анализ методов ограниченных ресурсов среды для различных приложений телемедицины воздействия глобального здравоохранения.
В optofluidic проточной цитометрии конфигурации (см., например, рис 1С и 1D), специально разработанный polydimethysiloxane (PDMS) на основе микрофлюидных канал positioneD перед сотовый телефон камеры блока, где светоизлучающие диоды (СИД) являются стыковых связаны с краями канала. Это микрофлюидных чипов, вместе с жидкостью внутри образца, образует оптико-жидкостный планарного волновода (состоит из, например, PDMS-жидкость-PDMS), что возбуждающего света направляется к равномерно перекачивать помечены флуоресцентным образцов внутри микро-каналов. Флуоресцентное излучение от этих объектов помечены, например, клетки, далее отображаемого через дополнительную линзу помещают сразу после сотовый телефон камерой устройства и отображается на сотовый телефон комплементарных металло-оксидных полупроводников (CMOS) сенсор изображения. Так как флуоресцентное излучение собирается перпендикулярно пути света возбуждения, недорогой пластиковый фильтр поглощения достаточно, чтобы удалить рассеянного света возбуждения и может обеспечить достойную темном поле фоне необходимых для флуоресцентных изображений. Используя аналогичный оптико-жидкостный дизайна, мы также можем изображений флуоресцентных объектов в статIC режиме (см. рис 1А и 1В), в которых флуоресцентные частицы зажата между двумя стеклами, а протекающий через микрофлюидных каналов и флуоресцентное излучение от этих флуоресцентные частицы захватываются сотовый телефон CMOS датчик изображения для подсчета частиц и характеристике. На основании различных требований приложений, проточной цитометрии или широким полем флуоресцентной микроскопии могут быть выбраны. Например, сотовый телефон проточной цитометрии устройство может быть особенно полезным для скрининга больших объемов жидких проб (например, несколько мл) для обнаружения редких клеток или патогенных микроорганизмов.
В этой рукописи мы рассмотрим некоторые из наших последних результатов по интеграции флуоресцентной микроскопии и обработки изображений инструментов проточной цитометрии на мобильный телефон с помощью компактной и экономически эффективных оптико-жидкостный вложений. Эти мобильного телефона на основе микро-анализа, визуализации цитометрии и зондирования платформы могут предоставить различные возможностидля телемедицины и точка-в-санитарной диагностики, особенно жителей нашей борьбе против глобальных проблем здравоохранения в условиях ограниченных ресурсов регионов мира.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы представили наши последние результаты на сотовый телефон основе широкого поля флуоресцентной микроскопии и оптико-жидкостный изображений проточной цитометрии с использованием легкого и компактного оптико-жидкостный вложения в мобильный телефон камеры. Использование этой техно?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
А. Озджан благодарит за поддержку Президента Ранняя карьера премии для ученых и инженеров (PECASE), армии Research Office (ARO) премия для молодых следователь, Национальный научный фонд (NSF) КАРЬЕРА Award, Управления морских исследований (ОНР) премия для молодых следователь и Национального института здоровья (NIH) Новый Новатор директора премии DP2OD006427 из канцелярии директора Национального института здоровья.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cell-phone | Sony | Sony Ericsson Aino | |
| Plano-convex lens | Edmund Optics | # NT45-302 | |
| Aspherical lens | Thorlab | # C230TME-A | |
| Filter | Edmund Optics | #NT54-46 | |
| Blue LED | Digikey | #365-1201-ND | |
| Battery | Digikey | #P032-ND | |
| Polystyrene tube | Fisher Scientific | #05-408-129 | |
| Red blood cell lysing buffer | Sigma Aldrich | R7757 | |
| SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER KIT | Dow Corning | ||
| Red fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8834 | |
| Green fluorescent beads (10 μm) | Life Technologies | #F8836 | |
| SYTO16 nucleic acid fluorescent labeling | Life Technologies | # S7578 |
References
- Sklar, L. A. . Flow Cytometry for BioTechnology. , (2005).
- Nunez, R. . Flow cytometry for research scientists: principle and applications. , (2001).
- Mertz, J. . Introduction to optical microscopy. , (2010).
- Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nature Methods. 7, 603-614 (2010).
- Hell, S. W. Toward fluorescence nanoscopy. Nature Biotechnology. 21, 1347-1355 (2003).
- Gustafsson, M. G. Nonlinear structured-illumination microscopy: wide-field fluorescence imaging with theoretically unlimited resolution. Proceedings of the National Academy of Science U.S.A. 102, 13081-13086 (2005).
- Betzig, E., Patterson, G. H., Sougrat, R., Lindwasser, O. W., Olenych, S., Bonifacino, J. S., Davidson, M. W., Lippincott-Schwartz, J., Hess, H. F. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313, 1642-1645 (2006).
- Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM. Nature Methods. 3, 793-796 (2006).
- Hess, S. T., Girirajan, T. P., Mason, M. D. Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy. Biophysical Journal. 91, 4258-4272 (2006).
- Ma, Z., Gerton, J. M., Wade, L. A., Quake, S. R. Fluorescence near-field microscopy of DNA at sub-10 nm resolution. Physical Review Letters. 97, 260801 (2006).
- Chung, E., Kim, D., Cui, Y., Kim, Y., So, P. T. Two-dimensional standing wave total internal reflection fluorescence microscopy: superresolution imaging of single molecular and biological specimens. Biophysical Journal. 93, 1747-1757 (2007).
- Greenbaum, A., Luo, W., Su, T. -. W., Göröcs, Z., Xue, L., Isikman, S. O., Coskun, A. F., Mudanyali, O., Ozcan, A. Imaging without lenses: achievements and remaining challenges of wide-field on-chip microscopy. Nature Methods. 9, 889-895 (2012).
- Zhu, H., Yaglidere, O., Su, T. -. W., Tseng, D., Ozcan, A. Cost-effective and compact wide-field fluorescent imaging on a cell-phone. Lab on a Chip. 11 (2), 315-322 (2011).
- Zhu, H., Mavandadi, S., Coskun, A. F., Yaglidere, O., Ozcan, A. Optofluidic fluorescent imaging cytometry on a cell phone. Analytical Chemistry. 83, 6641-6647 (2011).
- Suzuki, S., Abe, K. Computer Visualand Graphics. Image Processing. 30, 32-46 (1985).
- Zhu, H., Sikora, U., Ozcan, A. Quantum dot enabled detection of Escherichia coli using a cell-phone. Analyst. 137, 2541-2544 (2012).
- Mudanyali, O., Dimitrov, S., Sikora, U., Padmanabhan, S., Navruz, I., Ozcan, A. Integrated Rapid-Diagnostic-Test Reader Platform on a Cellphone. Lab on a Chip. 12 (15), (2012).
- Candes, E. J., Romberg, J. K., Tao, T. Stable signal recovery from incomplete and inaccurate measurements. Communication of Pure and Applied Mathematics. 59, 1207-1223 (2006).
